Die besten SSDs für M.2 und PCIe

Die besten SSDs (M.2 und PCIe)

Um schnelleres Arbeiten am PC zu ermöglichen, sind SSD-Speicher eine gute Alternative zu herkömmlichen Festplatten. Mit den richtigen Anschlüssen kann einiges an Übertragungsgeschwindigkeit herausgeholt werden: Der ältere SATA-Standard liefert eine Maximalgeschwindigkeit von 6 GBit/s – in der Praxis bleiben maximal ca. 550 MB/s übrig. Mittels PCI-Express Anschluss kann der SSD-Speicher weit über diese Grenze hinaus gelesen und geschrieben werden.

Für das hohe Tempo der PCIe-SSDs ist maßgeblich der Kommunikationsstandard NVMe verantwortlich - NVM Express, wobei NVM für non volatile memory, also nicht flüchtigen Speicher steht. NVMe ist getrimmt auf Flash-Speicher und die PCIe-Schnittstelle. Im Vergleich zum AHCI-Protokoll, der in SATA-Laufwerken eingesetzt wird, ist er deutlich kompakter und besser für parallele Datenverarbeitung geeignet.

Da PCIe-Slots nur auf Mainboards stationärer Rechner vorkommen, stellt M.2, auch bekannt als NGFF-Modul, das Äquivalent für Laptops dar. Auch moderne Desktop-Mainboards können mittlerweile M.2-Schnittstellen haben, manche sogar mehrere. Damit ist die Anbindung über bis zu vier PCI-Express-Lanes pro Anschluss möglich.

Die neueste Generation von PCIe-SSDs unterstützt PCIe 4.0. PCIe 4.0 verdoppelt den maximalen Transfer pro PCIe-Lane von 1.000 bei PCIe 3.0 auf 2.000 MByte/s. Die maximale Geschwindigkeitsgrenze einer SSD mit 4 PCIe-Lanes verschiebt sich damit von 4 auf 8 GByte/s. Zurzeit unterstützen jedoch noch relativ wenige Mainboards PCIe 4.0.

Die Funktionsweise von SSDs

Auf einer SSD können wie auf einer herkömmlichen magnetischen Festplatte Daten gespeichert und archiviert werden. Bei SSDs kommen jedoch im Gegensatz zu HDDs keine rotierenden Platter oder Feinmechanik zum Einsatz. Vielmehr lassen sich SSDs mit einem verbesserten und größeren USB-Stick vergleichen, welcher Milliarden von Flash-Speicherzellen besitzt.

Die Funktionsweise ist bei allen SSDs in der Regel gleich: Der Controller regelt die Verteilung der Daten und sitzt hinter der Schnittstelle zum System. Anschließend werden die Daten im Flash-Speicher gelagert. Im Unterschied zu Arbeitsspeichern (RAM) wird der Dateninhalt auch dann behalten, wenn kein Strom anliegt. Diese Funktionsweise ermöglicht sowohl höhere Transferraten beim Schreiben und Lesen der Daten als auch um Größenordnung kürzere Zugriffszeiten, was einen klaren Vorteil der SSD im Gegensatz zu normalen Festplatten darstellt.

Vor- und Nachteile von SSDs

SSDs bringen im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten den Vorteil einer schnelleren Lese- und Schreibgeschwindigkeit mit sich. Bei Festplatten muss die Scheibe des Laufwerks von einem Motor gedreht werden, hingegen erfolgt das Lesen und Schreiben von Daten auf den Flash-Speicherchips der SSDs augenblicklich und ist somit deutlich schneller. Zudem haben Dateifragmentierungen nur geringe Auswirkungen, da diese bei einer SSD wegen der konstanten Leseperformance nicht relevant sind. Einen weiteren Pluspunkt im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten stellt das geringe Gewicht der SSDs dar: sie machen Rechner nicht nur schneller, sondern auch leichter. Da normale Festplatten einen hin- und herspringenden Schreib- und Lesekopf besitzen, haben diese eine geringere Langlebigkeit als die robusten SSDs. Außerdem ermöglichen SSD-Festplatten schnellere Bootzeiten als HDDs, da das Laufwerk nicht unbedingt hochgefahren werden muss – der Rechner ist bereit, wenn er aktiviert wurde. Darüber hinaus laufen SSD-Laufwerke aufgrund der nicht vorhandenen beweglichen Teile absolut lautlos und verbreiten kein Lärm. Den letzten Vorteil gegenüber den HDDs stellt der niedrigere Stromverbrauch der Solid State Laufwerke dar, was besonders nützlich bei der mobilen Nutzung von Laptops ist.

Man muss jedoch beachten, dass SSDs deutlich teurer sind als herkömmliche Festplatten mit der gleichen Speicherkapazität. Wenn Sie zu einem günstigeren SSD-Modell greifen, müssen Sie mit gewissen Defiziten wie langsameren Schreib- und Lesegeschwindigkeiten rechnen. Diese Geschwindigkeiten können in manchen Fällen sogar langsamer als die der HDD-Festplatten sein. Zudem kann man bei einigen Arten von SSDs von einer unzuverlässigen Lebenserwartung sprechen, denn NAND-Flash-Speicherchips können nur begrenzt oft überschrieben werden.

Die wesentlichen Kriterien für SSDs

Speicherkapazität: Eines der wichtigsten Kriterien für den Kauf einer SATA SSD ist der zur Verfügung stehende Speicher. Wie groß dieser ausfallen sollte, hängt von Ihrem angepeilten Verwendungszweck ab. Wenn Sie die SATA-SSD hauptsächlich zu einem Datenarchiv machen wollen und auf dieser Videos, Spiele und Fotos speichern wollen, sollten Sie eine SSD mit möglichst viel Speicherplatz auswählen. Vor allem Spiele können bis zu 40 Gigabyte oder mehr belegen und somit viel Platz auf der SATA-SSD einnehmen. Falls Sie die SSD jedoch beispielsweise nur als Boot-Medium benutzen wollen, reicht ein Modell mit einer kleineren Speicherkapazität.

Transferraten Lesen und Schreiben: Bei NVMe-Laufwerken mit PCIe 3.0 sind beim Lesen und Schreiben Werte von über 3.000 MB/s möglich. Die schnellsten NVMe-SSDs mit PCIe 4.0 überschreiten sogar 5.000 MB/s. Zum Vergleich: die schnellsten SATA-SSDs erreichen maximal 550 MB/s – nur so viel lässt die SATA Spezifikation zu. Es ist immerhin noch zwei mal schneller als bei den schnellsten magnetischen Festplatten.

Beim Dauerschreiben kommen SSDs schnell an ihre Grenzen. Viele SSDs schreiben im Schnitt deutlich langsamer, als sie lesen, was mit Speichertyp, Cache-Art und -Größe sowie Wärmeentwicklung zusammenhängt. In der Praxis wirkt es sich jedoch nicht so stark aus – in geschätzt über 90% aller Fälle wird der Speicher gelesen, nur in weniger als 10% der Fälle – geschrieben.

Zugriffszeiten und IOPS: Neben Transferraten sind das die grundlegenden Messwerte für die SSD-Leistung. Sie beschreiben die Reaktionszeit der Laufwerke. Durch Werte, die den magnetischen Festplatten um Größenordnung überragen sind, fühlen sich PCs und Laptops wesentlich schneller an.

Die wichtigsten Fragen rund um SSDs

Was bedeuten TLC, MLC und SLC? Diese drei Abkürzungen stehen für die verschiedenen Speichertechnologien, die auf SSDs verwendet werden können: Tri-Level-Cell-Flash- (TLC)-Architekturen gehören dabei zu den günstigsten Modellen, Multi-Level-Cell (MLC)-Architekturen zu den mittelklassigen Modellen. Single-Level-Cell (SLC)-Laufwerke sind hingegen eher selten vertreten und relativ teuer. Die drei Speichertechnologien unterschieden sich hinsichtlich der Anzahl an Bits (Daten), die pro Flash-Speicherzelle gespeichert werden kann. Dabei speichert TLC drei, MLC zwei und SLC ein Bit pro Zelle. Allgemein gesprochen gilt: Je größer die Anzahl der Bits pro Zelle, desto geringer die Leistung und theoretische Zuverlässigkeit. Jedoch finden SSD-Hersteller etliche Wege, um diese Grenzen der Speichertechnologie zu umgehen.

Wie lange hält eine SSD? Flash-Chips haben eine begrenzte Lebensdauer. Die Nenndauer eines Laufwerks wird oft in geschriebenen Terabyte (TBW = TeraBytes Written) oder in Speichervorgängen pro Tag (DWPD = Drive Writes Per Day) vorgegeben. Viele SSDs verfügen jedoch über das sogenannte “over provisioning”, bei welchen Kapazitäten der Festplatte als eine Art Backup reserviert sind. Durch dieses “over provisioning” werden die Daten der abgenutzten Zellen zu den neuen Zellen geschoben, wodurch die Nutzungsdauer deutlich verlängert werden kann. Eine weitere Technik – „wear levelling“ - sorgt dafür, dass Schreibvorgänge gleichmäßig auf vorhandene Speicherzellen verteilt werden, sodass das Limit an Schreibvorgängen in der Praxis wesentlich später erreicht wird.

Entscheidungen, die Sie vor dem Kauf treffen sollten

Vor dem Kauf einer M.2-SSD sollten Sie auf die Abmessungen und den Platz in Ihrem Rechner achten. Hierbei ist vor allem die Länge entscheidend, denn diese variiert bei verschiedenen Modellen. Manche Notebooks verfügen zwar über einen M.2-Slot, man kann aber nur SSDs bis 42 mm Länge einbauen – und nicht die am meisten verbreiteten mit 80 mm.

Vor dem Kauf sollten Sie sich informieren, ob Port und Modul den gleichen Key unterstützen. Man unterscheidet in Key M und Key B. Key M besitzt eine Aussparung auf der linken Seite, fünf Pins vom Rand entfernt. Mit diesem können bis zu vier PCIe-Lanes und SATA verbunden werden. Key B hat eine Aussparung 6 Pins von der rechten Seite, die maximal PCIe x2 oder SATA (AHCI) unterstützen. Da nur wenige mit diesem kompatibel sind, ist Key M die geläufigere Anschlussart. Mit einem Key B+ sind beide Anschlüsse in einem vereint.

Mainboards sollten in die Entscheidung miteinbezogen werden. Diese geben vor, welche und wie viele PCIe-Lanes angebunden werden können, sowie ob PCIe 3.0 oder 4.0 unterstützt werden.

Im Handel sind auch M.2-SSDs erhältlich, die nur den bei SATA-SSDs eingesetzten AHCI-Protokoll unterstützen. Diese unterliegen aber der begrenzten Geschwindigkeit des SATA. Um eine schnellere Leistung zu erhalten, müssen Sie darauf achten, dass Sie eine NVMe-SSD heraussuchen. Durch diesen Faktor alleine wird keine Maximalgeschwindigkeit erreicht. Es gilt: Je höher die Anzahl der genutzten PCIe Lanes, desto höher die Geschwindigkeit.

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